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spi nand flash逻辑宏旺半导体解答什么是SPI Flash 运用于哪些领域

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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宏旺半导体解答什么是SPI Flash 运用于哪些领域

有关注宏旺半导体的小伙伴都知道，宏旺半导体是一家专注于存储芯片Design、研发、封装、测试、销售服务于一体的高科技企业。在之前宏旺半导体给大家带来了很多关于存储方面的文章，主要介绍了eMMC、UFS等Flash，但很少提到SPI闪存，作为闪存家族的重要一员，今天就和大家聊聊ICMAX SPI。

什么是SPI Flash

SPI Flash是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，一般智能电视、老式机顶盒、智能后视镜、投影仪、物联网、监控摄像机等产品会用到。由于体积小，它可以减少ASIC控制器引脚数，降低封装成本，缩小电路板空间，并降低系统成本。与并行闪存相比，SPI串行闪存功耗更低、连线更少，它是一种理想的高成本效益的数据传输解决方案。

如果采用SPI NAND Flash的方案，主控（MCU）内可以不需要带有传统NAND的控制器，只需要有SPI的接口，这样可以减少主控的成本。另外SPI NAND Flash的封装形式多采用 WSON的封装，尺寸比传统的NAND Flash TSOP的封装要小很多，充分节省了PCB板的空间，已经管脚的数量，从而可以减小PCB的尺寸及层数，既满足了小型化的需求也降低了产品的成本。

随着5G网络即将带来的数据狂潮，万物互联对存储芯片有了更高的需求，目前SPI SLC NAND在PON、网通模块、监控等领域也逐步普及。SPI NAND有更快的写入速度，且对于频繁擦写有着更高的稳定性。从上面我们了解到了 SPI NAND Flash的这么多优点，那么他的性能相比于传统的NAND Flash是否有打折扣呢？

我们以国产本土品牌ICMAX的2Gb SPI NAND Flash 型号为IMS2G083J1H2S-WN 为例来进行说明。SPI NAND Flash本质上是一个NAND Flash+ SPI controller，ICMAX为了提供给客户稳定可靠的ICMAX Flash，保证用户的程序代码的一致性，将NAND Flash和 SPI controller做了独特别设计，从而保证了所有ICMAX出厂的SPI NAND Flash都拥有一致的controller，客户在对于SPI 编程时也不会出现因为不同的controller导致驱动程序需要调整的问题。

另外ICMAX拥有完全自主的NAND Flash设计能力，在SPI NAND Flash中采用的 NAND 晶圆均为SLC规格的，擦写次数达到10万次，存储时间高达10年以上，硬件的ECC校验，更好的帮助客户管理好Flash。宏旺半导体ICMAX的SPI NAND具备体积小、集成度高等优势，从严格的封装、测试、认证等一步到位，大大缩短生产周期，为客户提供高性能到高性价比的解决方案，帮助客户抢占市场先机。

SPI-Flash是什么？使用注意事项及常见问题

一.概念：

SPI：serial peripheral interface

串行接口设备，spi flash 就是通过串行的接口进行操作的flash存储设备

flash按照内部存储结构不同，分为两种：nor flash和nand flash。这里spi flash 属于 nor flash!

spi flash 读写较慢，次数有限制，一般用于不经常更改的存储。

早期Norflash的接口是parallel的形式，即把数据线和地址线并排与IC的管脚连接。但是后来发现不同容量的Norflash不能硬件上兼容(数据线和地址线的数量不一样)，并且封装比较大，占用了较大的PCB板位置，所以后来逐渐被SPI(串行接口)Norflash所取代。同时不同容量的SPI Norflash管脚也兼容封装也更小。，至于现在很多人说起NOR flash直接都以SPI flash来代称。

二、SPI FLASH读写介绍

对flash芯片的操作，一般包括对flash芯片的擦除，编程和读取，各大厂商的SPI flash芯片都大同小异，操作命令基本是没什么变化的，当我们拿到一款芯片，要特别注意芯片的容量，操作分区等。

其实，无论是对芯片的擦除，编程还是读取操作，我们大致可以按照以下的套路来：写命令---写地址---写（读）数据。正如以下的时序图一样清晰明了，我们先把片选信号拉低，再依次写指令，地址和数据，就可以对FLASH芯片进行操作。

掌握以上方法，就可以轻松操作SPI flash芯片了，当然，对时序这种底层的操作，还需要不断学习和积累，不论是用FPGA还是MCU，最终都是为了产生时序信号，只要静下来认真理解了它，一切问题就迎刃而解了。

三.注意事项

1.不同的SPI FLASH芯片可能会提供的擦除方式：扇区擦除(4KBytes)，半块擦除(32KBytes)，块擦除(64KBytes)，片擦除。

2.不同的SPI FLASH芯片可能会提供的编程方式(也就是写数据)：页编程(256Bytes)，扇区编程(4KBytes)。

3.SPI FLASH如果擦除过，在往里面写0xFF这样的数据意义不大，因为它的特性就是擦除后数据就是0xFF。

4.写入flash时，只能把数据(bit)从1该为0。

5.传统的EEPROM的特点就是可以随机访问和修改任何一个字节，可以往每个bit中写入0或1。而写入flash时，只能把数据(bit)从1该为0。但是传统的EEPROM容量因成本的缘故收到限制，绝少有超过有512K的。

6.Nor Flash容量相对小，成本高，基本没坏块，数据线和地址线分开，可以实现随机寻址，读取任何一个字节，擦除任然要按块来擦。NAND FLASH容量大，成本低，坏块经常出现，但可以标记坏块，使软件跳过，数据线和地址线复用，按块擦除按页读取。

四、项目实操中的问题

项目中需要用到SPI flash，在使用这个4MB 的SPI flash中出了三个问题让印象深刻，特记录下来以作提醒

问题1：我们知道SPI flash也分主从模式，一般master都是有MCU等器件担当的，而slave有SPI器件担任，笔者的这个小系统同样如此。

并且MCU是自带有SPI controler，接线方式依然是四线解法，SCK,CS,DO,DI，在看手册的过程因为自己的不注意，看到描述是“user can

decide the SPICS configuration in the master mode，if P_IO_Ctrl[10] set 1, the IOA[12] as GPIO function, if P_IO_Ctrl[10] set 0, the IOA[12] as SPICS hardware function” 我当时没有好好体会这句话的意思，简单的认为我在使用SPI flash之前就k肯定需要把P_IO_Ctrl[10]设置为 0，其实这是错误的认识。

因为现在是通过MCU对slave SPI器件操作，首先肯定是需要MCU端来选中SPI器件，从master角度来讲，只需要一个GPIO信号线接到slave的CS端，同时输出低电平就相当了选中了这个slave了，之所以如此说法是因为这是从slave角度来说的，相当于MCU现在也作为一个slave，另一个MCU控制这个slave，则这时候SPI 初始化时就需要把 P_IO_Ctrl[10] set 0

问题2：需要一个烧录器向SPI flash中烧写内容，用的是西立特公司的superPro，但烧录步骤错误了，忘记了在编程之前必须要erase，

了解了一下，好像是和nor flash一样的介质，擦除会把所有bit置1，在编程的时候根据需要只可以把相应位置0.

问题3：在使用MCU上一个SPI 控制器接口接SPI flash时，没有交叉连接，即MCU 的DI应该接SPI 的DO，MCU 的DO应该接SPI 的DI。

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